JP2002059387A - 軌跡補間装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 細かな加工等の動作ができると共に、軽量で
高速作動が可能な軌跡補間装置を提供すること。 【解決手段】 産業用ロボット８０の作動先端部に設け
られた被取付部８１に適合可能な取付部１０を有する基
体部２０と、基体部２０に対して直線移動可能に取り付
けられる可動部４０と、可動部４０を基体部２０に対し
て駆動する１つの駆動手段６０とを備えて軌跡補間装置
１を構成する。産業用ロボット８０の被取付部８１の旋
回動作を軌跡補間装置１の直線運動と合わせることで、
ツール７０に小孔や多角形穴や長穴等を形成する動作を
行なわせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットの
作動先端部に装着され、取り付けたツールをこの作動先
端部に対して所望の位置に移動させることができる軌跡
補間装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のボディー部品や各種計装
部品等にネジやボルト・ナットなどを取り付けるために
設けられる小穴や、各種部品を挿入したりするために設
けられる多角形穴、長穴などの加工には、産業用ロボッ
トが用いられてきた。また各種部品の塗装や溶接などに
も産業用ロボットが用いられてきた。ここで産業用ロボ
ットとは、マニプレータ及び記憶装置（可変シーケンス
制御装置及び固定シーケンス装置を含む）を有し、記憶
装置の情報に基づきマニプレータの伸縮、屈伸、上下移
動、左右移動若しくは旋回の動作、又はこれらの複合動
作を自動的に行うことのできる機械を言う（以下同
様）。

【０００３】そしてこの種の産業用ロボットにはアーム
の作動先端部に軌跡補間装置を取り付ける場合があっ
た。ここで軌跡補間装置とは、加工などを行なうツール
を保持した状態で、産業用ロボットの作動先端部に装着
され、産業用ロボットの作動により移動して加工しよう
とするワークの所望位置に対応して位置決めされ、さら
に自体の作動によって保持したツールをワーク上で所望
の軌跡を描かせる装置である。そして例えばこの軌跡補
間装置にツールとしてレーザ照射装置を取り付けておけ
ば、ワークの所望位置に軌跡通りの穴加工をする等の作
業を行なうことができる。

【０００４】ところで従来の軌跡補間装置は、例えば特
許第２６０５６４３号公報に記載されているように、産
業用ロボットの作動先端部に対して移動可能に取り付け
られる第１部材と、第１部材に対して移動可能に取り付
けられる第２部材とを具備し、第２部材に加工用のツー
ルを取り付け、産業用ロボットの作動先端部に対して二
軸移動可能とすることで所望の加工ができるように構成
されていた。

【０００５】しかしながら軌跡補間装置を二軸移動可能
に構成すると第１部材と第２部材の両者をそれぞれ駆動
する２つの駆動源を取り付けなければならず、軌跡補間
装置の重量が重くなり、産業用ロボットの作動により軌
跡補間装置を位置決めする際のイナーシャが大きく、高
速作動が阻害され、加工能率が低下するという問題点が
あった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたものでありその目的は、細かな加工等の動
作ができると共に、軽量で高速作動が可能な軌跡補間装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、産業用ロボットの作動先端部に設けられた
被取付部に適合可能な取付部を有する基体部と、前記基
体部に対して移動可能に取り付けられる可動部と、前記
可動部を前記基体部に対して駆動する駆動手段とを備え
て軌跡補間装置を構成した。この軌跡補間装置を取り付
けることによって、産業用ロボットに直接レーザ照射装
置などのツールを装着した構成では不可能な細かな加工
等が実現される。また取付部を産業用ロボットの被取付
部に取り付けることで、産業用ロボットの作動先端部の
動作自体をツールによる加工などの動作に利用すること
ができ、軌跡補間装置自体が具備すべき駆動源を削減で
き、軌跡補間装置の軽量化が図れ、その結果産業用ロボ
ットの作動により軌跡補間装置を位置決めする際のイナ
ーシャを小さくでき、高速作動が可能となる。

【０００８】ここで前記取付部の前記被取付部を取り付
ける部分には、アダプタを取り付けることが好ましい。
そしてアダプタの被取付部に固定する側の形状・構造を
被取付部の形状・構造に合わせて変更したものを多種類
用意しておけば、軌跡補間装置として同一形状のものを
用いても、アダプタを取り替えるだけで各種産業用ロボ
ットへの取り付けができるようになる。

【０００９】また前記軌跡補間装置は、可動部が基体部
に対して直線状に移動する一軸アクチュエータ型構造に
構成することもできるし、アーム状の基体部に対してア
ーム状の可動部を回動するスカラー型構造に構成するこ
ともできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に
係る軌跡補間装置１を取り付けた産業用ロボット８０を
示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面
図、同図（ｃ）は軌跡補間装置１部分の底面図である。
同図に示すようにこの産業用ロボット８０は、垂直多関
節形（６軸垂直多関節形）の産業用ロボットであり、同
図に矢印で示すように多数のアームを６軸で旋回するよ
うに構成されている（自由度６）。そしてアーム先端部
（作動先端部）には本実施形態に係る軌跡補間装置１が
取り付けられている。

【００１１】ここで図２，図３，図４，図５は前記軌跡
補間装置１を拡大して示す図であり、図２は平面図、図
３は正面図、図４は底面図、図５は概略斜視図である。
これらの図に示すように軌跡補間装置１は、産業用ロボ
ット８０の作動先端部に設けられた略平板状の被取付部
８１に取り付けられる取付部１０を有する基体部２０
と、基体部２０に対して直線移動可能に取り付けられる
可動部４０と、可動部４０を基体部２０に対して駆動す
る駆動手段６０と、可動部４０に取り付けられるツール
７０とを具備して構成されており、駆動手段６０の駆動
によって可動部４０が基体部２０に対して直線状（図３
に示す矢印方向）に移動する一軸アクチュエータ型構造
の軌跡補間装置１である。以下各構成部品について説明
する。

【００１２】取付部１０は略平板状であって基体部２０
にボルト２３をねじ込むことで固定されている。ここで
図６は前記基体部２０と可動部４０の部分の分解斜視
図、図７は軌跡補間装置１が具備するガイドレール４１
及びスライド部材４２の縦断面図である。図６に示すよ
うに基体部２０は基体部本体２１とスライド部材４２と
を具備して構成されている。一方、可動部４０はスライ
ド部材４２を直線的に案内するガイドレール４１とボー
ルねじ４３と外装カバー５２等を具備して構成されてい
る。

【００１３】図７から明らかなように、ガイドレール４
１は断面コ字形状で、その上面に開口する凹部を挟んで
その左右に互いに対向するように平行に延びる一対の突
堤４４ａ，４４ｂが設けられている。ガイドレール４１
の各突堤４４ａ，４４ｂの内側面には、幅広の凹溝４５
が全長にわたって刻設されており、この凹溝４５の隅角
部に上下２条ずつ計４条のボール転走溝４５ａが形成さ
れている。ガイドレール４１の両端は、ハウジング４６
ａ，４６ｂで塞がれている。ハウジング４６ａ，４６ｂ
は突堤４４ａ，４４ｂよりもその高さが高く設定され、
ガイドレール４１の横幅と略等しい横幅を有している。

【００１４】スライド部材４２はブロック本体４２ａ
と、ブロック本体４２ａの両端面に取り付けられるエン
ドプレート４２ｂとから構成されている。スライド部材
４２はガイドレール４１の凹部内に収納され、転動体と
してのボール４７を介してガイドレール４１の内側面の
各突堤４４ａ，４４ｂ間に挟み込まれるように支持され
ている。

【００１５】ブロック本体４２ａの両側面にはガイドレ
ール４１の各ボール転走溝に対応する４条の負荷転走溝
４２ｄが刻設されており、互いに対向する各ボール転走
溝４５ａと各負荷転走溝４２ｄの間に複数のボール４７
…が移動自在に介在されている。またブロック本体４２
ａの中央には、送りねじとしてのボールねじ軸４３が螺
合するボールねじ孔４８が貫通されている。このボール
ねじ孔４８には、ボールねじ軸４３の螺旋状のボール転
走溝に対応する螺旋状の負荷転走溝が形成されている。
この螺旋状のボール転走溝と負荷転走溝との間にも複数
の転動体としてのボール４９…が移動自在に介在してい
る。ブロック本体４２ａの上面には基体部本体２１を取
り付けるためのねじ孔４２ｆ（図７参照）が形成されて
いる。ボールねじ孔４８とブロック本体４２ａの側面と
の間には、各ブロック本体４２ａの負荷転走溝４２ｄに
対応して負荷域のボールを逃がすためのボール逃げ孔４
２ｇがボールねじ孔４８を挟んで２条ずつ計４条設けら
れている。スライド部材４２の中央を貫通するボールね
じ孔４８は、ブロック本体４２ａを貫通する貫通孔の
内、その半分程度の領域にねじ溝を刻設しており、リタ
ーンチューブ３８（図６参照）によって戻し路を構成し
ている。

【００１６】エンドプレート４２ｂは、ブロック本体４
２ａの端面と略同形状の矩形状の部材で、その中央にボ
ールねじ軸４３挿入用の挿通孔が穿孔されている。そし
てこの挿通孔を挟んで左右両側に設けたボルト孔を介し
てブロック本体４２ａに固定される。エンドプレート４
２ｂには、ブロック本体４２ａとガイドレール４１間に
介在される負荷域のボール４７…をボール逃げ孔４２ｇ
に逃がして再度負荷領域に戻すためのリターン通路が設
けられている。

【００１７】ボールねじ軸４３は、その両端がハウジン
グ４６ａ，４６ｂに支持され、ベアリングによって回転
のみを自在とされている。ボールねじ軸４３の外周面に
は、ボール４９…が転走する螺旋状のボール転走溝が形
成されている。ボールねじ軸４３の一端にはタイミング
ベルト車５０（図５参照）が取り付けられる。

【００１８】図６に示すように、基体部本体２１は、ス
ライド部材４２に固定される矩形状の本体２４ａと、本
体２４ａの両側に設けられる一対の耳部２４ｂ，２４ｂ
と、本体２４ａと耳部２４ｂ，２４ｂとを連結する一対
の連結部２４ｃ，２４ｃとを具備して構成されている。
本体２４ａにはスライド部材４２に固定するためのボル
ト挿通孔が設けられており、また耳部２４ｂの上面にも
取付部１０を固定するためのねじ孔が設けられている。

【００１９】外装カバー５２は、略長方形状薄板の長辺
側の両側辺を折り曲げたものであり、この両側辺には、
長手方向の全長にわたって帯状の弾性体からなる上部シ
ール部材５５ａが取り付けられている。そしてこの外装
カバー５２は図５に示すようにハウジング４６ａ，４６
ｂの上に固定することで取り付けられるが、そのとき外
装カバー５２の長辺側の側面と突堤４４ａ，４４ｂの間
には開口部５４（図５参照）が形成され、前記基体部本
体２１の連結部２４ｃはこの開口部５４から外部に突出
する。一方ガイドレール４１の長辺側の側面にも、全長
にわたって帯状の弾性体からなる下部シール部材５５ｂ
がシール押え５３によって取り付けられる。上部シール
部材５５ａの下端と下部シール部材５５ｂの上端は互い
に重ね合わされて開口部５４が覆われる。

【００２０】次に駆動手段６０は、モータ６３と減速機
６５と、減速機６５の出力軸６７に取り付けられるタイ
ミングベルト車６１とによって構成されており、タイミ
ングベルト車６１には前記タイミングベルト車５０との
間にタイミングべルト５１が捲き掛けられている。

【００２１】一方ガイドレール４１の底面には取付板７
１を介してツール７０が固定されている。この実施形態
においてはツール７０としてレーザ照射装置を用いてい
る。

【００２２】そしてモータ６３を回転駆動させると、ボ
ールねじ軸４３が回転し、その回転運動がスライド部材
４２に伝達され、スライド部材４２は産業用ロボット８
０側に固定されているので結局ガイドレール４１等の可
動部４０がスライド部材４２等の基体部２０に対してボ
ールねじ軸４３の軸線方向に向けて直線運動を行なう。

【００２３】なおこの実施形態に用いた機構は、スライ
ド部材４２とボールねじ軸４３をガイドレール４１の内
部に収納するように構成し、さらに上下のシール部材５
５ａ，５５ｂの先端辺同士を開口部５４の部分で重ね合
わせるように構成したので、高い防塵性が確保できる。
従って内部の粉塵が外部に飛び出しにくく、また逆に加
工などによって生じる外部の粉塵も内部に浸入しにくく
なっている。但し本発明が上記構造のものに限定されな
いことは言うまでもなく、他の各種構造の直線駆動する
機構（一軸アクチュエータ型構造）を用いてもよい。

【００２４】そして上記構成の軌跡補間装置１を取り付
けた図１に示す産業用ロボット８０において、その各ア
ームを旋回することで軌跡補間装置１をワークの加工し
ようとする所定位置に移動して位置決めする。この場
合、ワークが３次元成形品であれば、ワークの３次元曲
面に対し産業用ロボット８０の自由度が５自由度必要で
ある。一方ツール７０が小孔や多角形穴や長穴等を形成
できるようにするには、２自由度が必要であり、全体と
しては７自由度必要となる。ここで軌跡補間装置１自体
は直線運動の１自由度しか有していないが、この産業用
ロボット８０は上述のように６自由度を有しているの
で、その内の一自由度、即ち軌跡補間装置１を取り付け
た被取付部８１の旋回動作を軌跡補間装置１の直線運動
と合わせて、ツール７０が小孔や多角形穴や長穴等を形
成する動作に利用できる。

【００２５】つまり本発明に係る軌跡補間装置１は、産
業用ロボット８０自体の自由度を利用することで、軌跡
補間装置１自体に取り付ける駆動手段６０の数を一つに
し、これによって軌跡補間装置１を軽量化でき、産業用
ロボット８０の作動により軌跡補間装置１を位置決めす
る際のイナーシャを小さくでき、高速作動（穴あけ作業
などの高能率化）が可能となる。

【００２６】図８は本発明の他の実施形態に係る軌跡補
間装置１−２とこれを取り付ける産業用ロボット８０−
２を示す斜視図である。この実施形態に用いる産業用ロ
ボット８０−２も、前記図１に示す産業用ロボット８０
と同様の構造のものであり、同図に矢印で示すように多
数のアームを６軸で旋回できるように構成されている
（自由度６）。そしてアーム先端には被取付部８１−２
が設けられており、この被取付部８１−２に本実施形態
に係る軌跡補間装置１−２が取り付けられる。

【００２７】軌跡補間装置１−２は、基体部２０−２
と、基体部２０−２の一端に固定される駆動手段６０−
２と、駆動手段６０−２の出力軸６７−２にその一端が
固定される可動部４０−２と、可動部４０−２の他端に
取り付けられるツール７０−２とによって構成されてお
り、駆動手段６０−２の駆動によってアーム状の可動部
４０−２がアーム状の基体部２０−２に対して旋回（回
動）するスカラー型構造の軌跡補間装置である。

【００２８】ここで基体部２０−２は例えば平板をアー
ム状に形成して構成されており、その一端にボルト取付
孔を設けることで被取付部８１−２に取り付けられる取
付部１０−２を構成している。駆動手段６０−２はモー
タ６３−２と減速機６５−２と出力軸６７−２とを具備
し、出力軸６７−２が直接可動部４０−２を回転駆動す
るように構成されている。可動部４０−２も平板等をア
ーム状に形成して構成されている。ツール７０−２とし
てはトーチが用いられている。

【００２９】そしてこの軌跡補間装置１−２において駆
動手段６０−２を駆動すると、基体部２０−２に対して
可動部４０−２が駆動手段６０−２の出力軸６７−２を
中心に回動する。

【００３０】そして上記軌跡補間装置１−２を取り付け
た産業用ロボット８０−２において、まず産業用ロボッ
ト８０−２の各アームを旋回することで軌跡補間装置１
−２をワークの加工しようとする所定位置に移動して位
置決めし（５自由度）、次に産業用ロボット８０−２の
被取付部８１−２を設けた先端のアームが軌跡補間装置
１−２全体を旋回させる動作と軌跡補間装置１−２自体
が可動部４０−２を旋回させる動作（２自由度）とによ
ってツール７０−２に平面上で円、長孔、長方形などの
各種加工を行なう動作をさせる。

【００３１】この実施形態においても、軌跡補間装置１
−２自体は回転運動の１自由度しか有していないが、こ
の産業用ロボット８０−２は上述のように６自由度を有
しているので、その内の一自由度を利用することで、軌
跡補間装置１−２自体に取り付ける駆動手段６０−２の
数を一つにし、これによって軌跡補間装置１−２を軽量
化でき、産業用ロボット８０−２の作動により軌跡補間
装置１−２を位置決めする際のイナーシャを小さくで
き、高速作動することが可能となる。

【００３２】図９は本発明にかかる軌跡補間装置１−３
を取り付けた他の産業用ロボット８０−３を示す斜視図
である。この産業用ロボット８０−３は、いわゆるスカ
ラ型（水平多関節型）であり、矢印で示すように３軸で
旋回するように構成されている。そしてアームの作動先
端部に設けられた旋回する被取付部８１−３に前記図７
に示すと同じ構造の軌跡補間装置１−３を取り付けてい
る。

【００３３】この実施形態においても、軌跡補間装置１
−３自体は回転運動の１自由度しか有していないが、産
業用ロボット８０−３自体の１自由度を利用すること
で、軌跡補間装置１−３自体に取り付ける駆動手段６０
−３の数を一つにし、これによって軌跡補間装置１−３
を軽量化でき、産業用ロボット８０−３の作動により軌
跡補間装置１−３を位置決めする際のイナーシャを小さ
くでき、高速作動することが可能となる。

【００３４】なおこの産業用ロボット８０−３に取り付
ける軌跡補間装置として、図１で用いた軌跡補間装置１
と同様の一軸アクチュエータ型の軌跡補間装置を用いて
もよい。

【００３５】以上本発明の実施形態を説明したが、本発
明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求
の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範
囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書
及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本
願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思
想の範囲内である。

【００３６】例えば本発明にかかる軌跡補間装置を取り
付ける産業用ロボットは、上記各実施形態に示す構造の
産業用ロボット（即ち関節形（垂直多関節形と水平多関
節形））に限られず、他の各種構造の産業用ロボット
（例えば直交（角）座標形、円筒座標形、極座標形、複
合形（直交＋円筒座標形、直交＋極座標形、直交＋関節
形、円筒＋極座標形）、寄生形）でもよい。

【００３７】また産業用ロボットの作動先端部に設けら
れる被取付部の形状・構造は、各メーカー、各機種によ
って異なっている。このため取り付ける産業用ロボット
に応じて一々取付部の形状の異なる軌跡補間装置を用意
しておくのは煩雑である。そこで取付部と被取付部の間
にアダプタを介在せしめることが好ましい。アダプタの
被取付部に固定する側の形状・構造を被取付部の形状・
構造に合わせて変更したものを多種類用意しておけば、
軌跡補間装置として同一形状のものを用いても、アダプ
タを取り替えるだけで各種産業用ロボットへの取り付け
ができるようになる。

【００３８】また上記実施形態ではツール７０としてレ
ーザ照射装置やトーチを用いた例を示したが、ウォータ
ージェットノズルや、溶接用ツール等、他の各種加工用
ツールを用いてもよい。またこのツール７０は必ずしも
加工用ツールに限られず、例えばシール材の塗布のため
のディスペンサ等、他の各種用途に用いるツールを取り
付けてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば以下のような優れた効果を有する。 産業用ロボットに直接レーザ照射装置などのツールを
装着した構成では不可能な、細かな加工等が実現され
る。

【００４０】産業用ロボットの作動先端部の動作（駆
動源）自体をツールによる加工などの動作に利用するこ
ととして、軌跡補間装置自体が具備すべき駆動源を削減
したので、軌跡補間装置が軽量化され、その結果産業用
ロボットの作動により軌跡補間装置を位置決めする際の
イナーシャを小さくでき、高速作動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る軌跡補間装置１を取
り付けた産業用ロボット８０を示す図であり、同図
（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は軌
跡補間装置１部分の底面図である。

【図２】軌跡補間装置１を拡大して示す平面図である。

【図３】軌跡補間装置１を拡大して示す正面図である。

【図４】軌跡補間装置１を拡大して示す底面図である。

【図５】軌跡補間装置１を拡大して示す概略斜視図であ
る。

【図６】基体部２０と可動部４０の部分の分解斜視図で
ある。

【図７】軌跡補間装置１が具備するガイドレール４１及
びスライド部材４２の縦断面図である。

【図８】本発明の他の実施形態に係る軌跡補間装置１−
２とこれを取り付ける産業用ロボット８０−２を示す斜
視図である。

【図９】本発明の他の実施形態に係る軌跡補間装置１−
３を取り付けた他の産業用ロボット８０−３を示す斜視
図である。

【符号の説明】

８０ 産業用ロボット ８１ 被取付部 １ 軌跡補間装置 １０ 取付部 ２０ 基体部 ４０ 可動部 ６０ 駆動手段 ７０ ツール １−２，１−３ 軌跡補間装置 ８０−２，８０−３ 産業用ロボット ８１−２，８１−３ 被取付部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 明 東京都品川区西五反田３丁目11番６号 テ イエチケー株式会社内 (72)発明者 木村 吉宏 東京都品川区西五反田３丁目11番６号 テ イエチケー株式会社内 (72)発明者 吹田 和嗣 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3F059 AA05 BA02 BA10 BC07 DA02 DA05 DA08 DD01 FA03 FA10 FB01 FB05 FB15 FC02 FC13 FC14 3F060 AA05 FA01 FA05 HA39 4E068 CE06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用ロボットの作動先端部に設けられ
   た被取付部に適合可能な取付部を有する基体部と、 前記基体部に対して移動可能に取り付けられる可動部
   と、 前記可動部を前記基体部に対して駆動する駆動手段と、
   を備えたことを特徴とする軌跡補間装置。
2. 【請求項２】 前記取付部の前記被取付部を取り付ける
   部分には、アダプタが取り付けられることを特徴とする
   請求項１記載の軌跡補間装置。
3. 【請求項３】 前記軌跡補間装置は、可動部が基体部に
   対して直線状に移動する一軸アクチュエータ型構造に構
   成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の軌
   跡補間装置。
4. 【請求項４】 前記軌跡補間装置は、アーム状の基体部
   に対してアーム状の可動部を回動するスカラー型構造に
   構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の
   軌跡補間装置。